【正文】 族金屬內(nèi)較深而末填滿的 d或 f殼層中，造成價(jià)電子 /導(dǎo)電電子數(shù)目減少的緣故。 無序合金 （ 淬火態(tài) ） 同一般合金電阻率的變化規(guī)律相似 ，有序合金的電阻率比無序合金的電阻率低得多；當(dāng)溫度高于有序 無序轉(zhuǎn)變溫度 ， 有序合金的有序態(tài)被破壞 ， 轉(zhuǎn)為無序態(tài) ， 電阻率明顯上升 。 淬火能夠固定金屬在高溫時(shí)空位的濃度 ， 從而產(chǎn)生殘余電阻 。從離子型晶體看可以分為二種情況。 雜質(zhì)離子的存在： ①摻雜可形成新的載流子。 如在 Al2O3晶體中摻入 MgO或 TiO2雜質(zhì)： OAlAlOAlOOAlOAlOVTiT i OOVMgMg O6332239。例如，對(duì)于硅化物玻璃，可移動(dòng)的載流子一般是 SiO2基體中的一價(jià)陽離子。 在外電場存在時(shí) ，其所產(chǎn)生的電流密度為： J2= ? E = ? ?V/ ?x 擴(kuò)散與離子電導(dǎo) 總電流密度 : Jt=－ Dq ?n/ ?x－ ? ?V/ ?x 在熱平衡狀態(tài)下 總電流為零， 根據(jù)波爾茲曼能量分布 : n=n0exp(－ qV/kT) 得： ?n/ ?x=－ qn/kT ?V/ ?x ?=D nq2/kT 離子導(dǎo)電的影響因素 離子電導(dǎo)與溫度的關(guān)系 (1) 溫度的影響 呈指數(shù)關(guān)系，隨溫度升高，電導(dǎo)率按指數(shù)規(guī)律迅速增大。 （ 2） 離子電荷的高低對(duì)活化能也有影響 。 決定快離子導(dǎo)體中離子導(dǎo)電性的 主要因素 有： 傳導(dǎo)離子的特點(diǎn)、骨架晶格的幾何結(jié)構(gòu)，能量 。 快離子導(dǎo)體材料 按照導(dǎo)電離子分類 1. 銀、銅離子導(dǎo)體 2. 鈉離子導(dǎo)體 3. 鋰離子導(dǎo)體 4. 氫離子導(dǎo)體（質(zhì)子導(dǎo)體） 5. 氧離子導(dǎo)體 快離子導(dǎo)體材料分類 （ 1） 根據(jù)傳導(dǎo)離子種類 ： 陽離子導(dǎo)體 ：銀離子、銅離子、鈉離子、鋰離子、氫離子等； 陰離子導(dǎo)體 ：氟離子、氧離子。這種結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電性源于 一價(jià)堿金屬離子 A+的高遷移性和高可交換性 。 ? 螢石結(jié)構(gòu)中的氧離子空位在晶格中雜亂分布，由此引起的電導(dǎo)率在本質(zhì)上是各向同性的。 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 束縛電子 +4+4+4+4+4+4+4+4 +4在絕對(duì)溫度 T=0K時(shí)，所有的價(jià)電子都緊緊束縛在共價(jià)鍵中，不會(huì)成為 自由電子 ， 因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱，接近絕緣體。 與本征激發(fā)相反的現(xiàn)象 ——復(fù)合 在一定溫度下 ， 本征激發(fā)和復(fù)合同時(shí)進(jìn)行 ， 達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 。 硅 、 鍺中的 Ⅴ 族雜質(zhì) ， 能夠施放電子而在導(dǎo)帶中產(chǎn)生電子并形成正電中心 ， 稱為施主雜質(zhì)或 N型雜質(zhì) ， 摻有 N型雜質(zhì)的半導(dǎo)體叫 N型半導(dǎo)體 。 硅 、 鍺中的 Ⅲ 族雜質(zhì) ， 能夠接受電子而在價(jià)帶中產(chǎn)生空穴 ， 并形成負(fù)電中心 ， 稱為受主雜質(zhì)或 P型雜質(zhì) ， 摻有 P型雜質(zhì)的半導(dǎo)體叫 P型半導(dǎo)體 。 21)()( ge EECEZ ?? 323* /)2(4 hmCee ??232* )/2(2 hkmN ec ???1)e x p (1)(???kTEEEf F ? ?kTEEEf F /)(e x p)( ???價(jià)帶中－空穴狀態(tài)密度 2/1)0()( ECEZ h ???????? ???? ?? ? kTENdEEZEfdNN Fvh e xp)()(0－價(jià)帶頂價(jià)帶底費(fèi)米能級(jí)的確定 用處理導(dǎo)帶電子數(shù)的同樣方法可以處理空穴 。 從這里我們也可以理解 ， 為什么通常的電子器件不能在高溫下使用的原因之一就是在較高溫度下本征激發(fā)了 ， 導(dǎo)致器件失效 。 ????i iiiiqn ??? 自由電子：自由度大，遷移率 μ e 較大， 空穴的漂移實(shí)質(zhì)上是價(jià)電子依次填補(bǔ)共價(jià)鍵上空位的結(jié)果，約束在共價(jià)鍵，自由度小，遷移率 μp 較小。 元素半導(dǎo)體 結(jié)晶態(tài)半導(dǎo)體 化合物半導(dǎo)體 無機(jī)半導(dǎo)體 固溶體半導(dǎo)體 半導(dǎo)體 非晶態(tài)半導(dǎo)體 有機(jī)半導(dǎo)體 半導(dǎo)體材料的分類 1） 元素半導(dǎo)體 在元素周期表中介于金屬和非金屬之間具有半導(dǎo)體性質(zhì)的元素有十二種 ， 但是其中具備實(shí)用價(jià)值的元素半導(dǎo)體材料只有 硅 、 鍺和硒 。 它的一個(gè)重要持性是禁帶寬度 （ Eg）隨固溶度的成分變化 ， 因此可以利用固溶體得到有多種性質(zhì)的半導(dǎo)體材料 。 有一些有機(jī)物也具有半導(dǎo)體性質(zhì) ， 研究表明在固態(tài)電子器件中將會(huì)發(fā)揮其作用 。 在約瑟夫森效應(yīng)基礎(chǔ)上的超導(dǎo)量子干涉器件叫 SQUID，是超導(dǎo)體在電子學(xué)方面應(yīng)用的核心部件。 1987年 3月 9號(hào) 日本宣布獲得 175 K的超導(dǎo)材料； 1987年 3月 中國科技大學(xué)獲得 215 K的超導(dǎo)材料； 1987年 12月 30 美國休斯敦大學(xué)宣布 ， 美籍華裔科學(xué)家朱經(jīng)武 又將超導(dǎo)溫度提高到 40． 2℃ . 1987年 3月 27日 美國華裔科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)在氧化物超導(dǎo)材料中有 轉(zhuǎn)變溫度為 240K的超導(dǎo)跡象 。 第 I類超導(dǎo)體 第 I類超導(dǎo)體主要包括一些在常溫下具有良好導(dǎo)電性的純金屬 ， 如鋁 、 鋅 、 鎵 、 鎘 、 錫 、 銦等 ， 該類超導(dǎo)體的熔點(diǎn)較低 、 質(zhì)地較軟 ， 亦被稱作 “ 軟超導(dǎo)體 ” 。 庫珀對(duì)作為整體與晶格作用 ， 因此一個(gè)電子若從晶體得到動(dòng)量 ， 則另一個(gè)電子必失去動(dòng)量 ，作為整體 ， 不與晶格交換動(dòng)量 ， 也不交換能量 ，能自由地通過晶格 ， 因此沒有電阻 。 用超導(dǎo)芯片制成超級(jí)計(jì)算機(jī)速度快 、 容量大 、體積小 、 功耗低 ， 美國 IBM公司研制的一臺(tái)運(yùn)速為 8 000萬次的超導(dǎo)計(jì)算機(jī) ， 體積只有電話機(jī)那么大 . ④ 超導(dǎo)技術(shù)在生物醫(yī)療方面的應(yīng)用 超導(dǎo)磁體在醫(yī)學(xué)上的重要應(yīng)用是核磁共振成像技術(shù) ，可分辨早期腫瘤癌細(xì)胞等 ， 還可做心電圖 ， 腦磁圖 、 肺磁圖 ， 研究氣功原理等 .。 銅及銅合金 導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性好，塑性高，機(jī)械強(qiáng)度好，易加工和焊接，易提煉 鈹青銅 超高純銅 主要用途：電彈簧、電刷、插頭 只有幾種元素能夠滿足這些特性，其中主要為自然界中儲(chǔ)量豐富的銅、鋁（以及他們的合金）。 鋁及鋁合金 資源豐富，價(jià)格便宜，質(zhì)量小 主要用途：送電線，配電線 對(duì)于設(shè)計(jì)導(dǎo)體有用的物理性能如下表所示 ?物理性能 ?鋁 ? 密度 ?2,7 ? 電阻率 (?Wcm) ?2,826 ? 導(dǎo)電率 (%IACS) ?61 ? 電阻溫度系數(shù) (K1) ?0,004 ? 導(dǎo)熱系數(shù) (W/) ?220 ? 線性膨脹系數(shù) (K1) ?23x106 ? 拉應(yīng)力 （ 退火 ） (MPa) ?60/80 ? 拉應(yīng)力 （ 硬 ） (MPa) ?150/200 ? 彈性模量 (MPa) ?66000 ? 硬度 （ 退火 ） ?20 ? 硬度 （ 硬 ） ?40 ? 用于導(dǎo)體產(chǎn)品的鋁材料由 EN AW1370以及 EN AW1350規(guī)定 ， 或者由 EAL EAL 。 （ 2）熱敏電阻材料 要求：電阻率較小，電阻溫度系數(shù)大，電阻溫度曲線線性好， 抗氧化性、耐腐蝕和加工性能好。 （ 3） Ni－ Cr系改良型 （ 4） Fe－ Cr－ Al系合金 具有更寬的使用溫度，電阻溫度系數(shù)更小，耐熱性良好，耐蝕性更佳，而且易于拉絲，但焊接困難。 ? m 無氧銅，無氧銅或者 Cuc1，含氧量極低（最多 20ppm），能夠防止加熱過程中的氫脆。 預(yù)警機(jī) 電導(dǎo)功能材料 電功能金屬材料 一、導(dǎo)電材料 要求：高的電導(dǎo)率，高的力學(xué)性能，良好的抗腐蝕性，良好的工藝性能（熱冷加工、焊接）價(jià)格便宜 用于生產(chǎn)電氣導(dǎo)線的金屬材料具有以下特性： 卓越的導(dǎo)電性能，從而使焦耳效應(yīng)導(dǎo)致的能量損失達(dá)到最小。 超導(dǎo)體的應(yīng)用 超導(dǎo)變壓器 超導(dǎo)電機(jī) 超導(dǎo)限流器 ② 超導(dǎo)技術(shù)在交通運(yùn)輸方面的應(yīng)用 利用超導(dǎo)體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場可以研制成磁懸浮列車 ， 車輛不受地面阻力的影響 ， 可高速運(yùn)行 ， 車速達(dá) 500 km/h以上 ， 若讓超導(dǎo)磁懸浮列車在真空中運(yùn)行 ， 車速可達(dá) 1600 km/h。 第 II類超導(dǎo)體和第 I類超導(dǎo)體的區(qū)別主要在于： 1)第 II類超導(dǎo)體由正常態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)態(tài)時(shí)有一個(gè) 中間態(tài) （ 混合態(tài) ） ； 2)第 II類超導(dǎo)體的混合態(tài)中 有磁通線存在 ， 而第 I類超導(dǎo)體沒有； 3)第 II類超導(dǎo)體比第 I類超導(dǎo)體有更 高的超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度及臨界磁場強(qiáng)度； 對(duì)于氧化物超導(dǎo)體，其轉(zhuǎn)變溫度范圍較寬。 ?臨界磁場強(qiáng)度 Bc： 當(dāng)磁場超過 Bc時(shí)，材料就從超導(dǎo)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)? 正常態(tài)。 1986年 1月 在美國國際商用機(jī)器公司設(shè)在瑞士蘇黎世實(shí)驗(yàn)室中工作 的科學(xué)家柏德諾茲和繆勒，首先發(fā)現(xiàn)鋇鑭銅氧化物是高 溫超導(dǎo)體，將超導(dǎo)溫度提高到 30K；緊接著，日本東京 大學(xué)工學(xué)部又將超導(dǎo)溫度提高到 37K。 1950年 （弗羅列希）提出了電子間通過聲子相互作用作 為超導(dǎo)電性的微觀機(jī)制。 5）非晶態(tài)半導(dǎo)體 非晶態(tài)物質(zhì)的特征是原子排列沒有規(guī)律 。 III— V族半導(dǎo)體主要由 III族元素 Al， Ga， In與 V族元素P， As， Sb所組成 ， 應(yīng)用最廣的是 GaAs， 還有 GaP， InP等已成為微波 、 光電器件的基礎(chǔ)材料 ， 人們可以根據(jù)要求來選擇不同的 III— V族材料 。 (2)電離雜質(zhì)散射 離子化的雜質(zhì)同樣散射載流子 ， 雜質(zhì)含量愈高 ， 遷移率愈低 。 xv xx vmP ?電子漂移獲得的動(dòng)量： 0/ ??? ?xx vmeE電場力和碰撞作用力平衡： xxx EEmev ?? ???xxxx EmneEnevneJ )( 2?? ???電子的遷移率 載流子在單位電場中的遷移速度 電子在電場作用下，沿 x方向做漂移運(yùn)動(dòng)。 （ 2） 非本征半導(dǎo)體中載流子濃度的計(jì)算 ?? de NN]/)(e x p [ kTEENN Fgce ???? ? ? ?? ? 1/)e x p(1)(1 ?? ????? kTEENEfNN dFdddd???????????????? ??????21)e x p (412121lnkTEENNkTEE dgcddF施主雜質(zhì)濃度 以 n型半導(dǎo)體為例 ?????????????????????? ??????21e x p412121lnkTEENNkTEE dgcddF－－低溫區(qū)， 1 cddgF NNkTEEE ln22 ??? ?????? ???kTEENNn dgdc 2e xp－－中溫區(qū)， ~ 1 dcdF NNkTEE /ln?? dNn?－－高溫區(qū)， 1 2/gF EE ? eNn?? ? ?????? ? kTEE dgex p? ? ?????? ? kTEE dgex p? ? ?????? ? kTEE dgex p少量施主電離 施主全部電離 載流子為本征激發(fā)產(chǎn)生的。 Ea 滿帶 空帶 受主能級(jí) Eg ??a B Si Si Si Si Si Si Si Si 在 p型半導(dǎo)體中 空穴 …… 多數(shù)載流子 電子 …… 少數(shù)載流子 dEEZEfdN )()(?? ?222222 22 zyxk kkkmmkE ???? ??金屬自由電子能量 半導(dǎo)體電子 /空穴能量